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Heißwasseranlage
Aus Kefk.
Als Heißwasseranlage gilt jedes geschlossene bei dem im Kessel eine Wassertemperatur von 110 °C erreicht oder überschritten wird und Heißwasser für Heizwecke oder Prozesszwecke entnommen wird.
Heißwasseranlagen werden häufig in Fernheizanlagen für Städte oder für Industrieanlagen verwendet.
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Druckhaltung
Bei einer Heizanlage, die unter dem Siedepunkt von 100 °C abgesichert ist, muss am Kessel ein Überdruck im Wasserkreis herrschen, damit am obersten Heizkörper kein Unterdruck auftritt und dort Luft in das System gezogen wird und Wasser verdampft.
In einer Heißwasseranlage darf der Wärmeträger nicht ausdampfen; d. h., an keinem Punkt darf der Sattdampfdruck unterschritten werden. Die zulässige Betriebstemperatur des Heißwassererzeugers muss somit unter der Sattdampftemperatur des Wärmeträgers bei dem abgesicherten Betriebsdruck des Heißwassererzeugers liegen. Wenn die Verbraucher höher als der Kessel angeordnet sind, dann ist zum Betriebsdruck noch der statische Druck im Wassersystem an der höchsten Stelle zu addieren. Beim Unterschreiten des Sattdampfdrucks beginnt das Verdampfen des Wärmeträgers. Dies hat Dampfschläge zur Folge, die explosionsartig wirken und von denen insbesondere die Rohrleitungen betroffen sind. Die Aufhängungen können abreißen und dies kann zur Verlagerung der Rohrleitungen führen. In der Folge können Flanschverbindungen aufreißen und dies führt zu einer weiteren Druckabsenkung, wodurch sich der Schaden noch weiter ausbilden kann.
Folgende Formen der Druckhaltung werden eingesetzt:
- Innenliegendes Dampfpolster. Der Kessel wird wie ein Dampferzeuger mit einem Dampfpolster betrieben wird, allerdings wird hier das Heißwasser über ein Tauchrohr abgezogen. Dies setzt voraus, dass die Verbraucher tiefer als der Kessel angeordnet sind.
- Hochliegendes Ausdehnungsgefäß mit Dampfpolster,
- Stickstoffüberlagertes Ausdehnungsgefäß,
- Membranausdehnungsgefäß mit Vorschaltgefäß,
- Pumpendruckhaltung mit drucklosem Ausdehnungsgefäß und Überströmventilen.
Da das Ausdampfen eine Gefährdung auch für Personen zur Folge hat, müssen der Mindestdruck und die Vorlauftemperatur mit Begrenzern abgesichert sein, die in der Regel doppelt auszulegen sind.
Beispiel: Eine Heißwasseranlage, die mit einem Überdruck von 18,6 Bar arbeitet, kann Wassertemperaturen bis 175 °C erzeugen und in ein Heißwassernetz einspeisen, dessen höchster Wärmeübertrager 10 m über dem Kesselscheitel liegt. Um ein Ausdampfen zu verhindern, muss der Heißwassererzeuger mit zwei Temperaturbegrenzer (175 °C) und zwei Druck-min-Begrenzer abgesichert sein, die höher als 8 bar (Überdruck) + 1 bar (statischer Druck für 10 m Wassersäule) = 9 bar (Überdruck) eingestellt sein müssen.
Je nach Ausführung der Anlage können Zirkulationspumpen für den Heizkreis und Pumpen für die Verbraucherkreise installiert sein. Insbesondere wenn mehrere Kessel zusammengeschaltet werden, empfiehlt sich der Einbau einer hydraulische Weiche.
An Zwangsdurchlaufkesseln muss der Betrieb der Pumpe mit Strömungswächter überwacht werden. Bei Ausfall der Zirkulation muss die Feuerung automatisch abgeschaltet werden.
Das als Wärmeträger dienende Wasser muss aufbereitet werden. Insbesondere müssen die Härtebildner aus dem Zusatzwasser entfernt werden. Zusätzlich wird ein Konditionierungsmittel dem Wasser zugegeben, um Sauerstoff und Resthärte zu binden. Der Wärmeträger (Wasser) wird durch ein (wärmeisoliertes) Rohrleitungsnetz, bestehend aus Vorlauf und Rücklauf über weite Distanzen zu Verbrauchen geleitet werden.
Die Verbraucher müssen über geeignete Umformer (Wärmeübertrager) verfügen, welche sicherstellen, dass der Wärmeträger nicht verunreinigt wird. In der Regel ist das System geschlossen, es darf kein Wärmeträgerwasser direkt entnommen werden.
Vorteile
- Die Wärme wird auf hohem Temperaturniveau transportiert. Bei Bedarf kann über einen Heißwasser-Dampf-Umformer Dampf erzeugt werden.
- Im Gegensatz zu einem Dampfnetz ist kein Kondensat vorhanden, sondern ein einfach zu beherrschender Rücklauf des abgekühlten Wasser.
- Im Schichtungsspeicher können größere Wärmemengen in Form von Heißwasser kurzzeitig zwischengespeichert werden.
Nachteile
- Um Wärmeverluste gering zu halten, sollte die Vorlauftemperatur von Heißwasseranlagen möglichst gering sein.
- Die hohen Anforderungen, denen das Material in Bezug auf die hohen Drücke und Temperaturen genügen muss. Auf Grund der hohen Vorlauftemperatur ist der Aufwand für die Isolation besonders hoch.
- Der nutzbare Wärmeinhalt von Heißwasser bezogen auf den Massenstrom ist wesentlich geringer als bei Dampf, da nur die latente Wärme bei relativ geringer Temperaturdifferenz genutzt werden kann.
- Der Aufwand für die sicherheitstechische Ausrüstung an Heißwasseranlagen ist höher als bei Dampferzeugern.
Wartung
Für den reibungslosen Betrieb von Dampf- und Heißwasseranlagen sind in der Schweiz die Heizwerkführer bzw. in Deutschland der Kesselwärter zuständig.
